JP2014095630A - Radar device - Google Patents
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Description
本発明は、光を照射し、その反射光に基づいて、光を反射した物体に関する情報を取得するレーダ装置に関する。 The present invention relates to a radar apparatus that irradiates light and acquires information related to an object that reflects light based on the reflected light.
従来、光を照射し、物体で反射した光を検出することによって、光を反射した物体に関する情報(例えば、物体までの距離)を取得するレーダ装置において、照射光がレーダ装置内を通過するときの光軸と、反射光がレーダ装置内を通過するときの光軸とが一致している同軸光学系を採用したものが知られている。 Conventionally, when irradiation light passes through a radar apparatus in a radar apparatus that obtains information (for example, a distance to the object) about an object that reflects light by irradiating light and detecting light reflected by the object. There is known one employing a coaxial optical system in which the optical axis of the reflected light coincides with the optical axis when the reflected light passes through the radar device.
しかし、同軸光学系を採用したレーダ装置では、レーダ装置内を通過する照射光がレーダ装置の構成要素で反射することにより発生する不要反射光が、レーダ装置内の光検出器でノイズとして検出され、レーダ装置の検出精度が低下するおそれがある。 However, in a radar device that employs a coaxial optical system, unnecessary reflected light that is generated when reflected light that passes through the radar device is reflected by the components of the radar device is detected as noise by a photodetector in the radar device. The detection accuracy of the radar apparatus may be reduced.
このような問題を解決するために、物体で反射した光を光検出器へ向けて更に反射させるミラーに、光源から照射された光を通過させる貫通孔を形成する技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 In order to solve such a problem, a technique is known in which a through hole through which light emitted from a light source passes is formed in a mirror that further reflects light reflected by an object toward a photodetector (for example, , See Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載の技術では、ミラーに貫通孔が形成されているために、物体で反射した光の一部を光検出器へ向けて反射させることができない。これにより、光検出器により検出される反射光の光量が減少し、レーダ装置の検出精度が低下するという問題があった。 However, in the technique described in Patent Document 1, since a through hole is formed in the mirror, a part of the light reflected by the object cannot be reflected toward the photodetector. As a result, there is a problem in that the amount of reflected light detected by the photodetector is reduced and the detection accuracy of the radar apparatus is lowered.
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、不要反射光に起因したノイズを低減するとともに、レーダ装置の検出精度の低下を抑制する技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a technique for reducing noise caused by unnecessary reflected light and suppressing a decrease in detection accuracy of a radar apparatus.
上記目的を達成するためになされた本発明は、光を照射する光源と、光を反射する機能を有する反射部材を予め設定された所定回転軸を中心に回転させることにより、光源から照射された光を走査する走査部と、光源から照射された光が走査部に至るまでに通過する経路上に配置され、予め設定された所定偏光方向の光を透過させるとともに所定偏光方向以外の光を反射させる機能を有する第1機能部材と、第1機能部材を透過した光が走査部に到るまでに通過する経路上に配置され、直線偏光を円偏光に変換するとともに円偏光を直線偏光に変換する機能を有する第2機能部材と、走査部側から第1機能部材に入射して第1機能部材で反射した光が通過する経路上に配置され、入射した光を検出する光検出部と、光源から照射された光が第1機能部材に至るまでに通過する経路上に配置され、光源から照射された光のうちの一部を通過させるとともに、一部以外の光の通過を阻止することにより、光源から照射された光の径を絞る絞部材とを備えることを特徴とするレーダ装置である。 The present invention, which has been made to achieve the above object, is irradiated from a light source by rotating a light source for irradiating light and a reflecting member having a function of reflecting light around a predetermined rotation axis. A scanning unit that scans light, and a path through which light emitted from the light source passes to reach the scanning unit, transmits light in a predetermined polarization direction that is set in advance and reflects light in a direction other than the predetermined polarization direction A first functional member having a function of allowing the light to pass through the first functional member until it reaches the scanning unit, and converts linearly polarized light into circularly polarized light and converts circularly polarized light into linearly polarized light. A second functional member having a function to perform, a light detection unit that is disposed on a path through which light that is incident on the first functional member and reflected by the first functional member passes from the scanning unit side, and that detects the incident light, The light emitted from the light source It is arranged on the path that passes to reach the functional member, and while passing a part of the light emitted from the light source, it prevents the light emitted from the light source by blocking the passage of light other than the part. A radar apparatus comprising: a throttle member that squeezes the diameter.
このように構成されたレーダ装置では、まず、光源から照射された光のうち一部が絞部材を通過するとともに、この一部以外の光の通過が絞部材により阻止されることにより、光源から照射された光の径が絞られて、絞部材から光が照射される。 In the radar apparatus configured in this way, first, part of the light emitted from the light source passes through the diaphragm member, and the passage of light other than this part is blocked by the diaphragm member, so that the light source The diameter of the irradiated light is reduced and light is emitted from the aperture member.
さらに、絞部材から照射された光のうち、所定偏光方向の光が第1機能部材を透過し、第2機能部材を通過する。これにより光は、直線偏光から円偏光に変換され、走査部に到達する。そして、走査部に到達した光は、反射部材の走査角度に応じた方向に向けてレーダ波として照射される。 Further, among the light emitted from the aperture member, light having a predetermined polarization direction passes through the first functional member and passes through the second functional member. As a result, the light is converted from linearly polarized light into circularly polarized light and reaches the scanning unit. And the light which reached | attained the scanning part is irradiated as a radar wave toward the direction according to the scanning angle of a reflection member.
その後、物体で反射した光(以下、反射光ともいう)が走査部に到達すると、反射部材で反射し、第2機能部材を再度通過する。これにより反射光は、円偏光からに直線偏光に変換され、第1機能部材に到達する。 Thereafter, when light reflected by the object (hereinafter also referred to as reflected light) reaches the scanning unit, it is reflected by the reflecting member and passes through the second functional member again. Thereby, the reflected light is converted from circularly polarized light into linearly polarized light and reaches the first functional member.
なお、第2機能部材により直線偏光に変換された反射光の偏光方向は、光源から照射されて円偏光に変換される前の光の偏光方向に対して90°ずれる。このため、第1機能部材に到達した反射光は、第1機能部材で反射して光検出部に到達し、レーダ波を反射した物体を検知することができる。また、光源が光を照射した時刻と、反射光を光検出部が検出した時刻との差に基づいて、光を反射した物体までの距離を計測することができる。 In addition, the polarization direction of the reflected light converted into the linearly polarized light by the second functional member is shifted by 90 ° with respect to the polarization direction of the light before being converted into the circularly polarized light irradiated from the light source. For this reason, the reflected light that has reached the first functional member is reflected by the first functional member, reaches the light detection unit, and can detect an object that reflects the radar wave. Moreover, the distance to the object which reflected light can be measured based on the difference of the time when the light source irradiated light, and the time when the light detection part detected reflected light.
そして絞部材により、光源から照射された光の口径が、光を反射する反射部材の径内におさまるように、光を絞ることで、反射部材の径外で反射する不要反射光に起因したノイズを低減することができる。 Then, by reducing the light so that the aperture of the light emitted from the light source falls within the diameter of the reflecting member that reflects the light, the noise caused by unnecessary reflected light that is reflected outside the diameter of the reflecting member. Can be reduced.
さらに絞部材は、光源から照射された光が第1機能部材に至るまでに通過する経路上に配置されている。このため、光源から絞部材に入射して通過を阻止された光が絞部材で反射した場合に、その反射した光は、絞部材を挟んで、第1機能部材で反射した光が通過する経路上に配置される光検出部と反対側の方向に向かう。これにより、光源から照射された光が絞部材に入射することにより発生する不要反射光がレーダ装置内の光検出部でノイズとして検出されるのを抑制し、不要反射光に起因したノイズを低減することができる。 Further, the diaphragm member is disposed on a path through which light emitted from the light source passes to reach the first functional member. For this reason, when light that has entered the diaphragm member from the light source and is blocked from passing is reflected by the diaphragm member, the reflected light is a path through which the light reflected by the first functional member passes through the diaphragm member. It goes in the direction opposite to the photodetection unit arranged above. As a result, unnecessary reflected light generated when light emitted from the light source enters the diaphragm member is suppressed from being detected as noise by the light detection unit in the radar device, and noise caused by unnecessary reflected light is reduced. can do.
さらに、不要反射光に起因したノイズを、第1機能部材に貫通孔を形成することなく低減することが可能となり、レーダ装置の検出精度の低下を抑制することができる。 Furthermore, noise due to unnecessary reflected light can be reduced without forming a through hole in the first functional member, and a decrease in detection accuracy of the radar apparatus can be suppressed.
(第1実施形態)
以下に本発明の第1実施形態を図面とともに説明する。
レーダ装置1は、図1に示すように、光源2、コリメートレンズ3、アパーチャ4、偏光ビームスプリッタ5、1/4波長板6、光走査部7、受光レンズ8および光検出器9と、これらの構成要素を収納する筐体10とを備える。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the radar apparatus 1 includes a
光源2は、例えば半導体レーザダイオードで構成されており、直線偏光のパルスレーザ光をレーダ波として照射する。
コリメートレンズ3は、光源2から照射されたレーザ光を平行光に変換して、アパーチャ4に向けて照射する。
The
The collimating lens 3 converts the laser light emitted from the
アパーチャ4は、一部に開口部42が形成された板形状部材41であり、コリメートレンズ3と偏光ビームスプリッタ5との間に配置される。これによりアパーチャ4は、レーザ光が入射する入射面43のうち、開口部42以外の領域に入射したレーザ光を反射し、開口部42内の領域に入射したレーザ光を通過させる。つまり、コリメートレンズ3からアパーチャ4に入射したレーザ光は、開口部42の形状に整形されて、偏光ビームスプリッタ5に向けて照射される。
The aperture 4 is a plate-
偏光ビームスプリッタ5は、アパーチャ4から偏光ビームスプリッタ5に入射したレーザ光のうち、所定の偏光方向を有する成分を透過させる一方、この所定の偏光方向以外の偏光方向を有する成分を反射させる機能を有する。
The
そして偏光ビームスプリッタ5は、上記所定の偏光方向が、光源2から照射されるレーザ光の偏光方向と一致するように配置される。さらに偏光ビームスプリッタ5は、直角プリズムを貼り合わせてキューブ状に形成されるキューブ型であり、貼り合わせ面51に対して垂直な方向D1を、レーザ光の入射方向に対して傾けた状態(傾斜角度A1を参照)で配置されている。本実施形態では、傾斜角度A1は45°である。
The
1/4波長板6は、直線偏光を円偏光に変換するとともに円偏光を直線偏光に変換する機能を有し、偏光ビームスプリッタ5と光走査部7との間に配置される。
光走査部7は、レーザ光を反射するミラー71を、ミラー71に設けられた回転軸72を中心にして振動させることにより、1/4波長板6から入射したレーザ光の走査を予め設定された走査角度範囲R1で行う。
The quarter-
The optical scanning unit 7 is set in advance to scan the laser light incident from the quarter-
受光レンズ8は、光走査部7側から入射して偏光ビームスプリッタ5で反射したレーザ光を光検出器9へ導く。
光検出器9は、例えばフォトダイオードで構成されており、受光レンズ8から入射したレーザ光を検出する。
The
The
次に、このように構成されたレーダ装置1において、レーダ波を反射した物体を検知する方法を説明する。
まず、光源2から照射されたレーザ光は、コリメートレンズ3により平行光に変換され、さらにアパーチャ4により光径が絞られて、偏光ビームスプリッタ5に到達する(光L1を参照)。
Next, a method for detecting an object reflecting a radar wave in the radar apparatus 1 configured as described above will be described.
First, the laser light emitted from the
そして、偏光ビームスプリッタ5に到達したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ5を透過し、さらに1/4波長板6を通過する。これによりレーザ光は、直線偏光から円偏光に変換され、光走査部7に到達する(光L2を参照)。
Then, the laser light reaching the polarizing
そして、光走査部7に到達したレーザ光は、ミラー71で反射することにより、ミラー71の走査角度に応じた方向に向けてレーダ波として照射される(光L3を参照)。
その後、物体Bで反射したレーザ光(以下、反射レーザ光ともいう)が光走査部7に到達すると(光L4を参照)、ミラー71で反射し、1/4波長板6を再度通過する(光L5を参照)。これにより反射レーザ光は、円偏光からに直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ5に到達する(光L5を参照)。
Then, the laser beam that has reached the optical scanning unit 7 is reflected by the
Thereafter, when laser light reflected by the object B (hereinafter also referred to as reflected laser light) reaches the optical scanning unit 7 (see the light L4), it is reflected by the
なお、1/4波長板6により直線偏光に変換された反射レーザ光の偏光方向は、光源2から照射されて円偏光に変換される前のレーザ光の偏光方向に対して90°ずれる。このため、偏光ビームスプリッタ5に到達した反射レーザ光は、偏光ビームスプリッタ5で反射し、受光レンズ8に向けて照射される(光L6を参照)。これにより、反射レーザ光が光検出器9に到達し、レーダ波を反射した物体を検知することができる。
The polarization direction of the reflected laser light converted into linearly polarized light by the
また、光源2がパルスレーザ光を照射した時刻と、反射レーザ光を光検出器9が検出した時刻との差に基づいて、レーザ光を反射した物体までの距離を計測することができる。
このように構成されたレーダ装置1では、アパーチャ4により、光源2から照射されたレーザ光の口径が、レーザ光を反射するミラー71のミラー径内におさまるように、レーザ光を絞ることで、ミラー径外で反射する不要反射光に起因したノイズを低減することができる。
Moreover, the distance to the object which reflected the laser beam can be measured based on the difference between the time when the
In the radar apparatus 1 configured as described above, the aperture 4 reduces the laser beam so that the aperture of the laser beam emitted from the
さらにアパーチャ4は、光源2から照射されたレーザ光が偏光ビームスプリッタ5に至るまでに通過する経路上に配置されている。このため、光源2からアパーチャ4に入射して通過を阻止されたレーザ光がアパーチャ4で反射した場合に、その反射したレーザ光は、アパーチャ4を挟んで、偏光ビームスプリッタ5で反射したレーザ光が通過する経路上に配置される光検出器9と反対側の方向に向かう(光L7,L8を参照)。これにより、光源2から照射されたレーザ光がアパーチャ4に入射することにより発生する不要反射光がレーダ装置1内の光検出器9でノイズとして検出されるのを抑制し、不要反射光に起因したノイズを低減することができる。
Further, the aperture 4 is disposed on a path through which the laser light emitted from the
さらに、不要反射光に起因したノイズを、偏光ビームスプリッタ5に貫通孔を形成することなく低減することが可能となり、レーダ装置1の検出精度の低下を抑制することができる。
Furthermore, noise caused by unnecessary reflected light can be reduced without forming a through hole in the
以上説明した実施形態において、ミラー71は本発明における反射部材、回転軸72は本発明における所定回転軸、光走査部7は本発明における走査部、偏光ビームスプリッタ5は本発明における第1機能部材、1/4波長板6は本発明における第2機能部材、光検出器9は本発明における光検出部、アパーチャ4は本発明における絞部材である。
In the embodiment described above, the
(第2実施形態)
以下に本発明の第2実施形態を図面とともに説明する。なお第2実施形態では、第1実施形態と異なる部分を説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the second embodiment, parts different from the first embodiment will be described.
第2実施形態のレーダ装置1は、図2に示すように、偏光ビームスプリッタ5の代わりに偏光ビームスプリッタ100を備える点以外は第1実施形態と同じである。
偏光ビームスプリッタ100は、偏光ビームスプリッタ100に入射したレーザ光のうち、所定の偏光方向を有する成分を透過させる一方、この所定の偏光方向以外の偏光方向を有する成分を反射させる機能を有する。
As shown in FIG. 2, the radar apparatus 1 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that a
The
そして偏光ビームスプリッタ100は、上記所定の偏光方向が、光源2から照射されるレーザ光の偏光方向と一致するように配置される。さらに偏光ビームスプリッタ100は、板形状のプレート型であり、レーザ光が入射する入射面101に対して垂直な方向D2を、レーザ光の入射方向に対して傾けた状態(傾斜角度A2を参照)で配置されている。本実施形態では、傾斜角度A2は45°である。
The
このように構成されたレーダ装置1では、偏光ビームスプリッタ100は、プレート型であり、光源2から照射されたレーザ光が入射する入射面101が光検出器9に対して非対向となるように、且つ、光源2から照射されたレーザ光の入射方向と入射面101とが非垂直となるように構成されている。このため、偏光ビームスプリッタ100の入射面101で反射したレーザ光は、偏光ビームスプリッタ100を挟んで光検出器9と反対側の方向に向かう。これにより、光源2から照射されたレーザ光が偏光ビームスプリッタ100に入射することにより発生する不要反射光がレーダ装置1内の光検出器9でノイズとして検出されるのを抑制し、不要反射光に起因したノイズを更に低減することができる。
In the radar apparatus 1 configured as described above, the
以上説明した実施形態において、偏光ビームスプリッタ100は本発明における第1機能部材である。
(第3実施形態)
以下に本発明の第3実施形態を図面とともに説明する。なお第3実施形態では、第2実施形態と異なる部分を説明する。
In the embodiment described above, the
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the third embodiment, parts different from the second embodiment will be described.
第3実施形態のレーダ装置1は、アパーチャ4の代わりにアパーチャ200を備える点以外は第2実施形態と同じである。
アパーチャ200は、図3に示すように、一部に開口部202が形成された薄膜状部材201であり、偏光ビームスプリッタ100の入射面101上に、印刷によって形成されている。
The radar apparatus 1 of the third embodiment is the same as that of the second embodiment except that an
As shown in FIG. 3, the
このように構成されたレーダ装置1では、アパーチャ200は、偏光ビームスプリッタ100の入射面101上に配置されることにより、偏光ビームスプリッタ100とアパーチャ200とが一体化される。これにより、偏光ビームスプリッタ100とアパーチャ200との間の光軸調整を不要とすることができ、レーダ装置1における光軸調整を簡略化することができる。
In the radar apparatus 1 configured as described above, the
以上説明した実施形態において、入射面101は本発明における第1入射面、アパーチャ200は本発明における絞部材である。
(第4実施形態)
以下に本発明の第4実施形態を図面とともに説明する。なお第4実施形態では、第3実施形態と異なる部分を説明する。
In the embodiment described above, the
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the fourth embodiment, parts different from the third embodiment will be described.
第3実施形態のレーダ装置1は、偏光ビームスプリッタ100の代わりに偏光ビームスプリッタ300を備える点以外は第3実施形態と同じである。
偏光ビームスプリッタ300は、図4に示すように、レーザ光を透過可能な材料で形成された板形状の基板301と、偏光分離機能を有する構造となるように基板301の入射面302上に形成された偏光分離構造体303とから構成される。
The radar apparatus 1 of the third embodiment is the same as that of the third embodiment except that a
As shown in FIG. 4, the
偏光分離構造体303は、導電性材料(例えば、Al,Au,Ag,Cu等)で形成された複数の細線を、光源2から照射されるレーザ光の波長よりも短い間隔で、このレーザ光の偏光方向と一致する方向に沿って平行に配置することにより格子状に構成される。
The polarized
なおアパーチャ200は、偏光ビームスプリッタ300の入射面302上に、印刷によって形成されている。そして偏光分離構造体303は、入射面302上における開口部202内に形成されている。
The
このように構成されたレーダ装置1によれば、微細加工技術を用いて偏光分離構造体303を形成することができるため、直角プリズムを貼り合わせてキューブ状に形成されるキューブ型偏光ビームスプリッタなどの従来の偏光ビームスプリッタと比較して、偏光ビームスプリッタを小型化することができる。
According to the radar apparatus 1 configured as described above, since the
以上説明した実施形態において、偏光ビームスプリッタ300は本発明における第1機能部材、偏光分離構造体303は本発明における微細周期構造体である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。
In the embodiment described above, the
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, As long as it belongs to the technical scope of this invention, a various form can be taken.
例えば上記実施形態では、偏光ビームスプリッタ5の傾斜角度A1が45°であるものを示したが、45°以外の角度であってもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
1…レーダ装置、2…光源、4,200…アパーチャ、5,100,300…偏光ビームスプリッタ、6…1/4波長板、7…光走査部、9…光検出器、71…ミラー、72…回転軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Radar device, 2 ... Light source, 4,200 ... Aperture, 5,100, 300 ... Polarizing beam splitter, 6 ... 1/4 wavelength plate, 7 ... Optical scanning part, 9 ... Photo detector, 71 ... Mirror, 72 …Axis of rotation
Claims (3)
光を反射する機能を有する反射部材(71)を予め設定された所定回転軸(72)を中心に回転させることにより、前記光源から照射された光を走査する走査部(7)と、
前記光源から照射された光が前記走査部に至るまでに通過する経路上に配置され、予め設定された所定偏光方向の光を透過させるとともに前記所定偏光方向以外の光を反射させる機能を有する第1機能部材(5,100,300)と、
前記第1機能部材を透過した光が前記走査部に到るまでに通過する経路上に配置され、直線偏光を円偏光に変換するとともに円偏光を直線偏光に変換する機能を有する第2機能部材(6)と、
前記走査部側から前記第1機能部材に入射して前記第1機能部材で反射した光が通過する経路上に配置され、入射した光を検出する光検出部(9)と、
前記光源から照射された光が前記第1機能部材に至るまでに通過する経路上に配置され、前記光源から照射された光のうちの一部を通過させるとともに、前記一部以外の光の通過を阻止することにより、前記光源から照射された光の径を絞る絞部材(4,200)とを備える
ことを特徴とするレーダ装置。 A light source (2) that emits light;
A scanning unit (7) that scans light emitted from the light source by rotating a reflecting member (71) having a function of reflecting light around a predetermined rotation axis (72) set in advance;
The first light source is disposed on a path through which the light emitted from the light source passes to reach the scanning unit, and has a function of transmitting light in a predetermined polarization direction set in advance and reflecting light in a direction other than the predetermined polarization direction. 1 functional member (5, 100, 300);
A second functional member that is disposed on a path through which light transmitted through the first functional member passes to reach the scanning unit, and has a function of converting linearly polarized light into circularly polarized light and converting circularly polarized light into linearly polarized light. (6) and
A light detection unit (9) that is disposed on a path through which light incident on the first functional member and reflected by the first functional member passes from the scanning unit side, and detects the incident light;
The light emitted from the light source is arranged on a path through which the light passes to reach the first functional member, passes a part of the light emitted from the light source, and passes light other than the part. And a diaphragm member (4,200) for restricting the diameter of the light emitted from the light source.
前記絞部材(200)は、前記第1入射面上に配置される
ことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 In the first functional member (100), a surface on which light emitted from the light source is incident is defined as a first incident surface (101).
The radar apparatus according to claim 1, wherein the aperture member (200) is disposed on the first incident surface.
前記光源から照射された光を透過可能に形成された板形状の基板(301)と、
導電性材料で形成された複数の細線を、前記光源から照射された光の波長よりも短い間隔で且つ前記所定偏光方向に沿って平行に前記基板上に配置することにより格子状に形成された微細周期構造体(303)とから構成される
ことを特徴とする請求項2に記載のレーダ装置。 The first functional member (300) is
A plate-shaped substrate (301) formed to be able to transmit light emitted from the light source;
A plurality of fine lines formed of a conductive material are formed in a lattice shape by being arranged on the substrate in parallel with the predetermined polarization direction at intervals shorter than the wavelength of light emitted from the light source. The radar apparatus according to claim 2, comprising a fine periodic structure (303).
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